CN114890744A - 一种绿色低碳混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿色低碳混凝土及其制备方法。按质量份数计，该绿色低碳混凝土中原材料包括P·I 52.5硅酸盐水泥60～150份，粉煤灰60～150份，高炉矿渣粉100～200份，锂渣粉50～100份，高钛矿渣粉40～80份，粗骨料950～1050份，细骨料720～950份，减水剂5～10份，废浆水80～100份，水50～70份。本发明可制备出C30～C60强度等级混凝土，不仅大幅度减少水泥用量，显著降低水泥生产过程中碳排放，并可增加混凝土对CO2的吸收和还原作用，同时综合有效利用废浆水和矿渣等废弃物，兼具绿色低碳等功效，具有广泛的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种绿色低碳混凝土及其制备方法。
背景技术
工程建设行业占全球碳排放比例超过40％，其中建筑材料对于资源、能源的消耗及其在全生命周期内的碳排放问题尤为突出。作为建材行业重要组成部分的混凝土行业寻求合理有效的“降碳、减碳”措施已迫在眉睫。
为了实现“双碳”目标，主要通过降低碳排放和增加碳吸收两种方式来实现。中国专利CN 103193434 B公开了一种低碳和吸碳混凝土及其制备方法，以每立方米混凝土计，胶凝材料加入量为290～560kg：骨料加入量为1690～1860kg：激发剂的加入量为6～12kg：减水剂的加入量为1.5～6kg：水胶比为0.28～0.65。上述技术中，采用高钙粉煤灰作为掺合料进行使用，并利用混凝土中多余的f-CaO吸收CO2，从而达到吸碳目的。而众所周知，f-CaO过多易造成混凝土安定性不良，但由于混凝土在不同温湿度环境中水化程度有所差异，因此并不能完全保证f-CaO在短时间内转化水化铝酸钙；另一方面，空气中CO2含量较低，混凝土中多余的f-CaO也难以在短时间内吸收CO2发生反应，且即使发生反应也仅在混凝土表面处进行，而混凝土内部多余的f-CaO仍会造成混凝土安定性不良，引发质量问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种绿色低碳混凝土及其制备方法，通过降低混凝土全周期的碳排放，并增强混凝土的碳吸收能力，实现混凝土低碳化。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
提供一种绿色低碳混凝土，按质量份数计，其原材料包括P·I 52.5硅酸盐水泥60～150份，粉煤灰60～150份，高炉矿渣粉100～200份，锂渣粉50～100份，高钛矿渣粉40～80份，粗骨料950～1050份，细骨料720～950份，减水剂5～10份，废浆水80～100份，水50～70份；其中：
所述高钛矿渣粉为高钛矿渣经粉磨后形成的粉末，其化学组成以氧化物形式计TiO2不低于20wt％，比表面积不低于1000m2/kg；
所述废浆水为搅拌站清洗罐车和搅拌设备后经处理过的废浆水，其固含量为2％～5％，pH值不低于12.5。
按上述方案，所述P·I 52.5硅酸盐水泥，28d胶砂强度不低于60.0MPa。
按上述方案，所述粉煤灰为I级粉煤灰，SiO2含量不低于60wt％，需水比不高于93％。
按上述方案，所述高炉矿渣粉28d活性指数不低于98％，比表面积不小于400m2/kg，流动度比不低于100％。
按上述方案，所述锂渣粉SiO2含量不低于50wt％，Al2O3含量不低于25wt％，比表面积不低于500m2/kg，28d活性指数不低于97％。
按上述方案，所述粗骨料为高钛矿渣碎石，所述细骨料为高钛矿渣砂。
提供一种绿色低碳混凝土的制备方法，将上述原材料进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
本发明提供一种绿色低碳混凝土，选用P·I 52.5硅酸盐水泥，协同粉煤灰、高炉矿渣粉、锂渣粉、高钛矿渣粉和废浆水，再结合粗、细骨料和减水剂，可得到C30～C60强度等级混凝土，不仅大幅度减少水泥用量，显著降低水泥生产过程中碳排放，并可增加混凝土对CO2的吸收和还原作用，同时综合有效利用废浆水和矿渣等废弃物，具有绿色低碳等功效，具有广泛的推广应用价值。其中，具体机理如下：
1)本发明选用P·I 52.5硅酸盐水泥，相较于常规的普通硅酸盐水泥具有更高的熟料含量，在保证混凝土相同强度的前提下可以大幅降低水泥用量；同时利用废浆水高碱性协同锂渣粉中硫酸盐共同作用产生激发效果提升混凝土早期强度，并利用高矿渣粉和锂渣富含SiO2和Al2O3的特质，有助于混凝土中水化铝酸钙的生成，并进一步向钙矾石转变从而提升后期强度，可以在保证混凝土强度的同时进一步降低水泥用量，有效降低了水泥生产过程中的碳排放。
2)本发明选用的高钛矿渣粉中TiO2化学组成在20％以上，通过控制高钛矿渣粉比表面积在1000m2/kg以上，有效提升了其在混凝土中的分散程度，可有效增强混凝土力学性能。同时高钛矿渣粉中TiO2与水泥膏体混合后可减小Ca(OH)2的分子大小，增强其对CO2的吸附作用，从而使混凝土达到吸碳的目的；另一方面，高钛矿渣粉中的钙钛矿在太阳光中的紫外线照射下可对CO2产生还原作用，从而使混凝土能够更有效的吸收CO2和还原CO2。
3)本发明中所用废浆水除具有废弃资源利用，绿色环保功能外，还具有以下技术关键：一是本发明中可使水泥用量降低至30％以下，易导致配制的混凝土体系碱度降低，而当钢筋混凝土中碱度低于11.5时，钢筋即可能出现锈蚀等劣化现象，因此掺入pH值超过12.5的废浆水可以有效提升混凝土体系碱度，保证钢筋不被锈蚀；二是废浆水高碱性可加速混凝土中水化反应进行，废浆水中的Ca(OH)2也可直接与掺合料发生水化反应，解决了掺合料过多造成混凝土凝结时间变长的问题。
本发明的有益效果如下：
1.本申请提供一种绿色低碳混凝土，选用P·I 52.5硅酸盐水泥，协同高矿渣粉和锂渣粉，可以在保证混凝土强度的前提下降低水泥用量；另外配合废浆水，可以避免因水泥用量低混凝土碱度时出现锈蚀等劣化现象，同时废浆水的高碱性也可以促进水化，其含有的Ca(OH)2也可以参与水化反应；此外，高钛矿渣粉比表面积大，分散程度高，有效提升混凝土力学性能，高钛矿渣粉中TiO2和钙钛矿可以同时起到吸收和还原CO2的作用；所得绿色低碳混凝土可制备得到C30～C60强度等级混凝土，不仅大幅度减少水泥用量，显著降低水泥生产过程中碳排放，并可增加混凝土对CO2的吸收和还原作用，同时综合有效利用废浆水和矿渣等废弃物，具有绿色低碳等功效，具有广泛的推广应用价值。
2.本发明提供的制备方法，将原材料进行简单混合，即可得绿色低碳混凝土，制备方法简单，有利于工业化生产应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述发明的内容，但本发明并不局限于下面的实施例。
以下实施例中，各组分指标如下：
所述水泥为P·I 52.5硅酸盐水泥，其28d胶砂强度不低于60.0MPa。
所述粉煤灰为I级粉煤灰，SiO2含量不低于60wt％，需水比不高于93％。
所述高炉矿渣粉28d活性指数不低于98％，比表面积不小于400m2/kg，流动度比不低于100％。
所述锂渣粉SiO2含量不低于50wt％，Al2O3含量不低于25wt％，比表面积不低于500m2/kg，28d活性指数不低于97％。
所述高钛矿渣粉为高钛矿渣经粉磨后形成的粉末，其TiO2不低于20wt％，比表面积不低于1000m2/kg。
所述粗、细骨料为高钛矿渣碎石和高钛矿渣砂。
所述废浆水为搅拌站清洗罐车和搅拌设备后经处理过的废浆水，其固含量为2％～5％，pH值不低于12.5。
减水剂为聚羧酸减水剂，固含量12％，减水率18％。
实施例1
C30绿色低碳混凝土所用原材料按质量计，水泥80份，粉煤灰60份，高炉矿渣粉100份，锂渣粉50份，高钛矿渣粉40份，粗骨料980份，细骨料900份，减水剂6份，废浆水90份，清水70份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
实施例2
C40绿色低碳混凝土所用原材料按质量计，水泥100份，粉煤灰70份，高炉矿渣粉120份，锂渣粉80份，高钛矿渣粉50份，粗骨料990份，细骨料863份，减水剂7份，废浆水80份，清水70份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
实施例3
C50绿色低碳混凝土所用原材料按质量计，水泥120份，粉煤灰90份，高炉矿渣粉130份，锂渣粉80份，高钛矿渣粉70份，粗骨料1010份，细骨料797份，减水剂8份，废浆水80份，清水65份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
实施例4
C60绿色低碳混凝土所用原材料按质量计，水泥150份，粉煤灰100份，高炉矿渣粉150份，锂渣粉60份，高钛矿渣粉60份，粗骨料1020份，细骨料720份，减水剂9份，废浆水90份，清水50份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
对比例1
C30混凝土所用原材料按质量计，水泥80份，粉煤灰60份，高炉矿渣粉100份，高钛矿渣粉40份，粗骨料980份，细骨料932份，减水剂6份，废浆水80份，清水80份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到混凝土。
对比例2
C40混凝土所用原材料按质量计，水泥100份，粉煤灰70份，高炉矿渣粉120份，锂渣粉80份，石灰石粉40份，粗骨料990份，细骨料863份，减水剂7份，废浆水80份，清水70份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到混凝土。
对比例3
C50混凝土所用原材料按质量计，水泥140份，粉煤灰100份，高炉矿渣粉150份，高钛矿渣粉70份，粗骨料1010份，细骨料797份，减水剂8份，清水145份；将上述原材料进行混合搅拌，即可得到混凝土。
对上述实施例和对比例制备的混凝土进行3d、7d、28d抗压强度，碳化深度、混凝土碱度进行检测；抗压强度依据GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，碳化深度依据GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，混凝土碱度采用固液萃取法测试上清液pH值进行。其测试结果如表1所示：
表1绿色低碳混凝土性能检测结果
从实施例1～4中可以看出，制备的混凝土28d强度均满足设计要求，且混凝土28d碱度远大于11.5，可有效防止混凝土中钢筋产生锈蚀。另外对比例1中缺少锂渣粉后，混凝土各阶段强度均有所降低；对比例2中将实施例2中高钛矿渣粉替换成石灰石粉后，混凝土强度显著降低，表明高钛矿渣粉对混凝土有明显增强作用；同时可以看出对比例2中混凝土28d碳化深度也明显降低，表明高钛矿渣粉能够促进混凝土对CO2的吸收；而对比例3中缺少废浆水和锂渣粉的情况下，混凝土强度明显不足，且28d碱度仅为11.35。因此本发明中各组分具有相互协同作用，只有在本发明各组分范围内进行匹配才能发挥稳定的效果，所制备出的混凝土具有绿色低碳的功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。应当理解的是，上述仅为本发明部分实施案例，并不用于限制本发明。故对上述实施案例加以任何变化和改进都应当包含在本发明权利要求书的保护范围内。
Claims (7)
1.一种绿色低碳混凝土，其特征在于，按质量份数计，其原材料包括P·I 52.5硅酸盐水泥60～150份，粉煤灰60～150份，高炉矿渣粉100～200份，锂渣粉50～100份，高钛矿渣粉40～80份，粗骨料950～1050份，细骨料720～950份，减水剂5～10份，废浆水80～100份，水50～70份；其中：
所述高钛矿渣粉为高钛矿渣经粉磨后形成的粉末，其中以氧化物形式计TiO2不低于20wt％，比表面积不低于1000m2/kg；
所述废浆水为搅拌站清洗罐车和搅拌设备后经处理过的废浆水，其固含量为2％～5％，pH值不低于12.5。
2.根据权利要求1所述的绿色低碳混凝土，其特征在于，所述P·I 52.5硅酸盐水泥，28d胶砂强度不低于60.0MPa。
3.根据权利要求1所述的绿色低碳混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，SiO2含量不低于60wt％，需水比不高于93％。
4.根据权利要求1所述的绿色低碳混凝土，其特征在于，所述高炉矿渣粉28d活性指数不低于98％，比表面积不小于400m2/kg，流动度比不低于100％。
5.根据权利要求1所述的绿色低碳混凝土，其特征在于，所述锂渣粉SiO2含量不低于50wt％，Al2O3含量不低于25wt％，比表面积不低于500m2/kg，28d活性指数不低于97％。
6.根据权利要求1所述的绿色低碳混凝土，其特征在于，所述粗骨料为高钛矿渣碎石，所述细骨料为高钛矿渣砂。
7.一种权利要求1-6任一项所述的绿色低碳混凝土的制备方法，其特征在于，将原材料P·I 52.5硅酸盐水泥、粉煤灰、高炉矿渣粉、锂渣粉、高钛矿渣粉、粗骨料、细骨料、减水剂、废浆水和水进行混合搅拌，即可得到绿色低碳混凝土。
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